Поскольку субъядерные микрочастицы не делятся на прос­тейшие в обычном геометрическом смысле, они должны счи­таться действительно элементарными частицами. Но вместе с тем они обладают пространственной протяженностью и свое­образной внутренней структурой. Поэтому нельзя абсолютизи­ровать, преувеличивать элементарность микрочастиц. Образ пространственно-структурной и в то же время элементарной по своим свойствам частицы стал фактически общепринятым после экспериментального обнаружения в середине 50-х годов XX в. американским физиком-экспериментатором Р. Хофштадтером пространственной «размазки» электрического заряда и магнит­ного момента протона.

Свободная, невзаимодействующая микрочастица — это всего лишь математическая абстракция. Реальные физические час­тицы всегда взаимодействуют с вакуумными полями, испус­кая и поглощая виртуальные частицы. Вследствие этого вокруг каждой частицы образуется «облако» виртуальных частиц. И чем меньше масса испускаемых частиц, тем больше размеры образуемого ими «облака*. Продолжительность отдельных ак­тов виртуальной диссоциации частицы (ее «миганий») очень мала: при испускании п -мезонов она около 5 • 10 ˉ24 с, а для других частиц — еще меньше.

Но благодаря многократным их повторениям возникает постоянная, усредненная структура — «размазка» электрического заряда, магнитного момента, мас­сы, которая становится все более плотной к центру частицы. В этом смысле говорят, что элементарная частица состоит из плотного центрального ядра — керна и рыхлой периферичес­кой оболочки. Но в отличие от атома, где пространственные размеры отдельных частей — ядра и электронной оболочки — различаются на 5 порядков (10ˉ13 и 10ˉ8 см), в нуклонах отсут­ствуют резко обособленные детали, пространственные части структуры здесь почти непрерывно переходят друг в др

3. МНОГООБРАЗИЕ И ЕДИНСТВО ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ. ПРОБЛЕМА ИХ КЛАССИФИКАЦИИ.

Сейчас известно примерно 400 элементарных частиц. Не­которые из них «живут» очень короткое время, быстро превращаясь в другие частицы, успевая за время своего существова­ния пролетать расстояния, равные радиусу атомного ядра (10ˉ12— 10ˉ13 см). Минимальное время, доступное экспериментально­му измерению, характеризуется величиной примерно 10ˉ26 с. Некоторые элементарные частицы оказались неожиданно тя­желыми — даже тяжелее отдельных атомов.

Современные физики уделяют много внимания системати­зации элементарных частиц, раскрытию внутреннего единства как между ними, так и между соответствующими им фунда­ментальными видами взаимодействия -- сильным, слабым, электромагнитным и гравитационным.

Интенсивность слабого взаимодействия на 10-11 порядков (в 1010—10 ¹¹ раз) меньше интенсивности ядерных сил. Поэтому его и назвали слабым, радиус его действия менее 10ˉ15 см. Электромагнитное же взаимодействие на расстояниях, соизме­римых с радиусом действия ядерных сил, слабее их лишь в 102-103 раз. Самым же слабым на этих расстояниях оказывается гра­витационное взаимодействие, интенсивность которого на мно­го порядков ниже слабого взаимодействия.

Даже слабое взаимодействие на порядок превышает гравитационное взаимодействие. А сила кулоновского, элект­рического отталкивания двух электронов в 1042 раз больше ве­личины их гравитационного притяжения. Если представить, что электромагнитные силы, «притягивающие» электроны к атомному ядру, ослабеют до уровня гравитационных, то атом водорода стал бы больше видимой нами части Вселенной. Гра­витационные силы при уменьшении расстояний возрастают очень медленно. Преобладающими они становятся лишь в фан­тастически малых интервалах меньше 10ˉ32 см, которые оста­ются пока еще недоступными для экспериментального иссле­дования. С помощью эксперимента сейчас удается «просмат­ривать» расстояния, близкие к 10ˉ16 см.

Указанные четыре вида фундаментальных (лежащих в самом фундаменте материи) взаимодействий осуществляются путем обмена соответствующими частицами, служащими своеобраз­ными переносчиками этих взаимодействий. От массы частиц зависит радиус действия сил. Электромагнитное взаимодей­ствие переносят фотоны (масса покоя равна нулю), гравитаци­онное — гравитоны (пока гипотетические, экспериментально не установленные частицы, масса которых тоже должна быть нулевой). Эти два взаимодействия, переносимые безмассовы­ми частицами, имеют большой, возможно бесконечный ради­ус действия. Причем только гравитационное взаимодействие порождает притяжение между одинаковыми частицами, осталь­ные три вида взаимодействий обусловливают отталкивание од­ноименных частиц. Переносчиками сильного взаимодействия, связывающего протоны и нейтроны в атомных ядрах, являются глюоны. Это взаимодействие свойственно тяжелым частицам, получившим название адронов. Слабое взаимодействие пере­носят векторные бозоны. Это взаимодействие свойственно лег­ким частицам — лептонам (электронам, позитронам и т.п.).

Таблица 1. Основные свойства элементарных частиц

ЗАКЛЮЧЕНИЕ:

Многообразие микромира предполагает его единство через взаимопревращаемость частиц и полей.

Особенно важно пре­вращение «пары» — частицы и античастицы — в частицы дру­гого «сорта». Первым было открыто превращение электрона и позитрона в кванты электромагнитного поля — фотоны и об­ратный процесс «порождения» пар из фотонов, обладающих достаточно большой энергией.

В настоящее время разработка проблемы систематизации элементарных частиц связана с идеей существования кварков - частиц с дробным электрическим зарядом. Сейчас их счита­ют «самыми элементарными» в том смысле, что из них могут быть «построены» все сильно взаимодействующие частицы -адроны. С позиции теории кварков уровень элементарных час­тиц — это область объектов, состоящих из кварков и антиквар­ков. При этом, хотя последние и считаются на данном уровне познания простейшими, самыми элементарными из известных частиц, сами они обладают сложными свойствами — зарядом, «очарованием» («шармом»), «цветом» и другими необычными квантово-физическими свойствами. Как в химии не обойтись без понятий «атом» и «молекула», так и физика элементарных частиц не может обойтись без понятия «кварк».

Таким образом, список адронов — тяжелых частиц, характе­ризующихся сильным взаимодействием — состоит из трех час­тицам: кварка, антикварка и связывающего их глюона. Наряду с ними существуют около десяти легких частиц - лептонов (электроны, позитроны, нейтрино и т.п.), — которым соответ­ствует слабое взаимодействие. Известен также фотон — носитель электромагнитного взаимодействия. И по-прежнему ги­потетическим, лишь теоретически предсказываемым, остается гравитон, с которым связывается гравитационное взаимодей­ствие. О внутренней структуре лептонов, фотона и гравитона пока ничего не известно. Сейчас уже существует более или менее конкретная идея синтеза, взаимосвязи слабого, сильно­го и электромагнитного видов взаимодействия. Обнаруживает­ся возможность объяснения их взаимосвязи и с гравитацион­ным взаимодействием.